Vroegere moderne computers worden gewoonlijk ingedeeld in vier “generaties”. Elke generatie wordt gekenmerkt door verbeteringen in de basistechnologie. Deze technologische verbeteringen zijn buitengewoon geweest en elke vooruitgang heeft geresulteerd in computers met lagere kosten, hogere snelheid, grotere geheugencapaciteit en kleinere afmetingen.
Deze indeling in generaties is niet eenduidig en ook niet zonder discussie. Veel van de uitvindingen en ontdekkingen die tot het moderne computertijdperk hebben bijgedragen, passen niet netjes in deze strikte categorieën. De lezer moet deze data niet interpreteren als strikte historische grenzen.
Eerste generatie (1945-1959)
De vacuümbuis werd in 1906 uitgevonden door een elektrotechnicus genaamd Lee De Forest (1873-1961). In de eerste helft van de twintigste eeuw was het de fundamentele technologie die werd gebruikt voor de bouw van radio’s, televisies, radar, röntgenapparaten en een grote verscheidenheid van andere elektronische apparaten. Het is ook de primaire technologie die wordt geassocieerd met de eerste generatie computermachines.
De eerste operationele elektronische computer voor algemeen gebruik, de ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) genoemd, werd gebouwd in 1943 en gebruikte 18.000 vacuümbuizen. Hij werd gebouwd met overheidsgeld aan de Moore School of Engineering van de Universiteit van Pennsylvania, en de belangrijkste ontwerpers waren J. Presper Eckert, Jr. (1919-1995) en John W. Mauchly (1907-1980). Het was bijna 30,5 meter lang en had twintig 10-cijferige registers voor tijdelijke berekeningen. Hij gebruikte ponskaarten voor input en output en werd geprogrammeerd met stekkerbordbedrading. De ENIAC kon berekeningen uitvoeren met een snelheid van 1.900 optellingen per seconde. Hij werd voornamelijk gebruikt voor berekeningen in verband met de oorlog, zoals de constructie van ballistische afvuurtabellen en berekeningen om te helpen bij de bouw van de atoombom.
De Colossus was een andere machine die in deze jaren werd gebouwd om te helpen bij de bestrijding van de Tweede Wereldoorlog. Een Britse machine, die werd gebruikt om geheime vijandelijke berichten te ontcijferen. De machine, die 1500 vacuümbuizen gebruikte, werd net als de ENIAC geprogrammeerd met stekkerbordbedrading.
Deze vroege machines werden meestal bestuurd met stekkerbordbedrading of door een reeks aanwijzingen die op papierband waren gecodeerd. Voor bepaalde berekeningen was de ene bedrading nodig, terwijl voor andere berekeningen een andere bedrading nodig was. Hoewel deze machines dus duidelijk programmeerbaar waren, werden hun programma’s niet intern opgeslagen. Dit zou veranderen met de ontwikkeling van de opgeslagen programma computer.
Het team dat aan de ENIAC werkte was waarschijnlijk de eerste die het belang van het opgeslagen programma concept onderkende. Enkele van de mensen die betrokken waren bij de vroege ontwikkelingen van dit concept waren J. Presper Eckert Jr. (1919-1955) en John W. Mauchly (1907-1980), en John von Neumann (1903-1957). In de zomer van 1946 werd aan de Moore School een seminar gehouden dat veel aandacht besteedde aan het ontwerp van een computer met opgeslagen programma’s. Ongeveer dertig wetenschappers van beide zijden van de Atlantische Oceaan woonden deze besprekingen bij en al spoedig werden verschillende opgeslagen geprogrammeerde machines gebouwd.
Een van de deelnemers aan het seminar van de Moore School, Maurice Wilkes (1913-), leidde een Brits team dat in 1949 in Cambridge de EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) bouwde. Aan Amerikaanse zijde leidde Richard Snyder het team dat de EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) voltooide op de Moore School. Von Neumann hielp bij het ontwerp van de IAS-machine (Institute for Advanced Study) die in 1952 aan de Princeton University werd gebouwd. Deze machines, die nog steeds gebruik maakten van vacuümbuizen, waren alle zo gebouwd dat hun programma’s intern konden worden opgeslagen.
Een andere belangrijke opgeslagen programma-machine van deze generatie was de UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). Het was de eerste succesvolle commercieel verkrijgbare machine. De UNIVAC werd ontworpen door Eckert en Mauchly. Hij gebruikte meer dan 5.000 vacuümbuizen en gebruikte magneetband voor bulkopslag. De machine werd gebruikt voor taken als boekhouden, actuariële tabellenberekeningen en het voorspellen van verkiezingen. Uiteindelijk werden zesenveertig van deze machines geïnstalleerd.
De UNIVAC, die in 1949 zijn eerste programma uitvoerde, kon tien maal zoveel optellingen per seconde uitvoeren als de ENIAC. In moderne dollars kostte de UNIVAC 4.996.000 dollar. In deze periode werd ook de eerste IBM-computer geleverd. Hij heette de IBM 701 en er werden negentien van deze machines verkocht.
Tweede Generatie (1960-1964)
Toen de commerciële belangstelling voor computertechnologie aan het eind van de jaren vijftig en in de jaren zestig toenam, werd de tweede generatie computertechnologie geïntroduceerd, niet gebaseerd op vacuümbuizen maar op transistors .
John Bardeen (1908-1991), William B. Shockley (1910-1989), en Walter H. Brattain (1902-1987) vonden de transistor uit in de Bell Telephone Laboratories in het midden van de jaren veertig. Tegen 1948 was het voor velen duidelijk dat de transistor waarschijnlijk de vacuümbuis zou vervangen in apparaten zoals radio’s, televisietoestellen en computers.
Een van de eerste op de transistor gebaseerde computermachines was de Transac S-2000 van de Philco Corporation in 1958. IBM volgde al snel met de op transistors gebaseerde IBM 7090. Deze machines van de tweede generatie werden geprogrammeerd in talen als COBOL (Common Business Oriented Language) en FORTRAN (Formula Translator) en werden gebruikt voor een grote verscheidenheid van zakelijke en wetenschappelijke taken. Magnetische schijven en tape werden vaak gebruikt voor de opslag van gegevens.
Derde generatie (1964-1970)
De derde generatie computertechnologie was gebaseerd op de technologie van geïntegreerde schakelingen en liep van ongeveer 1964 tot 1970. Jack Kilby (1923-) van Texas Instruments en Robert Noyce (1927-1990) van Fairchild Semiconductor waren de eersten die in 1959 het idee van de geïntegreerde schakeling ontwikkelden. De geïntegreerde schakeling is een enkel apparaat dat vele transistors bevat.
Ongetwijfeld de belangrijkste machine die in deze periode werd gebouwd was het IBM System/360. Sommigen zeggen dat deze machine eigenhandig de derde generatie introduceerde. Het was niet zomaar een nieuwe computer, maar een nieuwe benadering van computerontwerp. Zij introduceerde één enkele computerarchitectuur voor een reeks of familie van apparaten. Met andere woorden, een programma dat was ontworpen om op één machine van de familie te draaien, kon ook op alle andere draaien. IBM gaf ongeveer 5 miljard dollar uit om het System/360 te ontwikkelen.
Een lid van de familie, het IBM System/360 Model 50, kon 500.000 optellingen per seconde uitvoeren voor een prijs in dollars van vandaag van 4.140.257 dollar. Deze computer was ongeveer 263 maal zo snel als de ENIAC.
Tijdens de derde generatie computers werd de centrale processor opgebouwd door gebruik te maken van vele geïntegreerde schakelingen. Pas in de vierde generatie werd een volledige processor op een enkele siliciumchip geplaatst – kleiner dan een postzegel.
Vierde generatie (1970-?)
De vierde generatie computertechnologie is gebaseerd op de microprocessor. Microprocessoren maken gebruik van Large Scale Integration (LSI) en Very Large Scale Integration (VLSI) technieken om duizenden of miljoenen transistors op een enkele chip te verpakken.
De Intel 4004 was de eerste processor die op een enkele siliciumchip werd gebouwd. Hij bevatte 2.300 transistors. Gebouwd in 1971, markeerde het het begin van een generatie computers waarvan de lijn zich zou uitstrekken tot de dag van vandaag.
In 1981 koos IBM de Intel Corporation als de bouwer van de microprocessor (de Intel 8086) voor haar nieuwe machine, de IBM-PC. Deze nieuwe computer was in staat om 240.000 optellingen per seconde uit te voeren. Hoewel veel langzamer dan de computers in de IBM 360-familie, kostte deze computer slechts 4.000 dollar in dollars van vandaag! Deze prijs/prestatie verhouding veroorzaakte een hausse op de markt voor personal computers.
In 1996 kon de Pentium Pro PC van de Intel Corporation 400.000.000 optellingen per seconde uitvoeren. Dit was ongeveer 210.000 keer zo snel als de ENIAC, het werkpaard van de Tweede Wereldoorlog. De machine kostte slechts 4.400 dollar in voor inflatie gecorrigeerde dollars.
Microprocessortechnologie is nu te vinden in alle moderne computers. De chips zelf kunnen goedkoop en in grote hoeveelheden worden gemaakt. Processorchips worden gebruikt als centrale processoren en geheugenchips worden gebruikt voor dynamisch willekeurig toegankelijk geheugen (RAM) . Beide soorten chips maken gebruik van de miljoenen transistors die op hun siliciumoppervlak zijn geëtst. De toekomst zou chips kunnen brengen die de processor en het geheugen op één enkele siliciummatrijs combineren.
Tijdens de late jaren tachtig en in de jaren negentig werden gecacheerde, gepipelinede en superscaler microprocessoren gemeengoed. Omdat veel transistors op een zeer kleine ruimte konden worden geconcentreerd, waren wetenschappers in staat deze processoren met één chip te ontwerpen met ingebouwd geheugen (cache genoemd) en konden zij gebruik maken van parallelisme op instructieniveau door instructiepijplijnen te gebruiken samen met ontwerpen die het mogelijk maakten meer dan één instructie tegelijk uit te voeren (superscaler genoemd). De Intel Pentium Pro PC was een gecacheerde, superscaler, pipelined microprocessor.
Ook is er in deze periode een toename van het gebruik van parallelle processoren. Deze machines combineren vele processoren, die op verschillende manieren aan elkaar zijn gekoppeld, om resultaten parallel te berekenen. Zij zijn gebruikt voor wetenschappelijke berekeningen en worden nu ook gebruikt voor databank- en fileservers. Zij zijn niet zo alomtegenwoordig als uniprocessors omdat zij, na vele jaren van onderzoek, nog steeds zeer moeilijk te programmeren zijn en veel problemen zich niet lenen voor een parallelle oplossing.
De vroege ontwikkelingen in de computertechnologie waren gebaseerd op revolutionaire vooruitgang in de technologie. Uitvindingen en nieuwe technologie waren de drijvende kracht. De meer recente ontwikkelingen kunnen waarschijnlijk het best worden gezien als evolutionair in plaats van revolutionair.
Er is wel gesuggereerd dat als de luchtvaartindustrie zich in hetzelfde tempo had verbeterd als de computerindustrie, men voor 50 cent in 5 seconden van New York naar San Franscisco zou kunnen reizen. Aan het eind van de jaren negentig werden de prestaties van microprocessoren met 55% per jaar verbeterd. Als die trend doorzet, en het is niet absoluut zeker dat dat zal gebeuren, zou tegen het jaar 2020 één enkele microprocessor alle rekenkracht kunnen bezitten van alle computers in Silicon Valley bij het aanbreken van de eenentwintigste eeuw.
zie ook Apple Computer, Inc.Bell Labs; Eckert, J. Presper, Jr. and Mauchly, John W.; Integrated Circuits; Intel Corporation; Microsoft Corporation; Xerox Corporation.
Michael J. McCarthy
Bibliografie
Hennessy, John, and David Patterson. Computer Organisatie en Ontwerp. San Francisco: Morgan Kaufmann Publishers, 1998.
Rockett, Frank H. “The Transistor.” Scientific American 179, no. 3 (1948): 52.
Williams, Michael R. A History of Computing Technology. Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1997.